Hoe kan ik de motorefficiëntie verbeteren?
Deze efficiëntie van de motor wordt beïnvloed door een kleine hoeveelheid verliezen, waaronder weerstandsverliezen, mechanische verliezen veroorzaakt door wrijving, verliezen veroorzaakt door de dissipatie van magnetische energie in de kern en verschillende verliezen afhankelijk van het type materiaal dat wordt gebruikt. Om de motor efficiënter te maken, moeten we de verliezen in de motor verminderen. Hier zijn enkele methoden of tips die kunnen worden toegepast om de efficiëntiecoëfficiënt van de motor te verbeteren.
- De functie van het motorframe is om mechanische bescherming te bieden voor de wikkelingen. Het is ook verantwoordelijk voor de interface die door de poten is gemonteerd. Het motorframe speelt een cruciale rol in zijn thermische prestaties, omdat het verantwoordelijk is voor het overbrengen van de warmte die in de motor wordt gegenereerd naar het oppervlak van het frame, waar de lucht die door de ventilator wordt geblazen de warmteafvoer bevordert. Dit zal warmteverlies verminderen.
- Een andere basistip is om een minimale opening te behouden tussen alle wanden dicht bij de achterkant van de ventilatorkap om luchtinlaat mogelijk te maken. Houd het gebied rond de motor schoon en controleer regelmatig op luchtblokkades die de prestaties van het koelsysteem kunnen verminderen. Hoe koeler de motor draait, hoe langer deze meegaat.
- De stator is het hoofdonderdeel van de motor en veroorzaakt 60% van de verliezen, dus om deze verliezen te verminderen, moet de massa van de statorwikkeling groot worden gehouden, omdat de toename in massa de weerstand vermindert. Motoren met een hoog rendement bevatten 25% extra koper vergeleken met motoren die zijn ontworpen voor modellen met een standaardrendement.
- Rotorverliezen worden ook beschouwd als een kleine bron van verliezen, voornamelijk veroorzaakt door de mate van slip die de motor vertoont. Slip is in feite het verschil tussen de snelheid van het magnetische veld (RPM) en de werkelijke RPM van de rotor en as bij een bepaalde belasting. Slip wordt verkregen door de snelheid van de belaste motor af te trekken van de snelheid van de onbelaste motor en deze te delen door de snelheid van de belaste motor. Om deze verliezen te verminderen, moet de slip daarom worden verminderd, wat wordt gedaan door de geleidbaarheid van de rotor te verhogen. Koper moet in grote hoeveelheden worden gebruikt vanwege de hoge geleidbaarheid. Maar het koper moet worden gegoten omdat er onlangs een proces voor het spuitgieten van koper is ontwikkeld.
- Kernmagnetische verliezen worden veroorzaakt door hysterese en 20% van de totale verliezen wordt veroorzaakt door kernwervelstromen en verzadiging. Door gebruik te maken van hoogwaardige materialen en kwaliteitscontrole kunnen verliezen worden geminimaliseerd, waardoor de efficiëntie wordt verbeterd.
- Om de effecten van hysterese en verzadiging te verminderen, wordt staal met een kleine hoeveelheid silicium gebruikt voor laminering in plaats van goedkoop koolstofstaal. Op deze manier kunnen kernverliezen worden geëlimineerd. Door de lamineringsdikte te verminderen en de lamineringslengte te vergroten, kunnen de fluxdichtheid en het kernverlies worden geminimaliseerd.
- Wervelstroomverliezen kunnen grotendeels worden geminimaliseerd door te zorgen voor een goede isolatie tussen de gebruikte platen of laminaten.
- Het smeerinterval is een functie van de nominale snelheid van de motorinstallatie, de lagergrootte, het type vet en de temperatuurstijging. Wees daarom voorzichtig bij het gebruik van smeermiddelen. Meng geen soorten vet, zelfs niet als ze dezelfde elementen gebruiken. Als er andere vetten in de toepassing worden gebruikt, heeft dit direct invloed op de motorprestaties.
Hoe kunnen motorverliezen worden verminderd?
Omdat de verliesverdeling van demotorvarieert met de grootte van het vermogen en het aantal polen. Om het verlies te verminderen, moeten we ons richten op het nemen van maatregelen voor de belangrijkste verliescomponenten van verschillende vermogens en polen. Hieronder worden enkele manieren om het verlies te verminderen kort beschreven:
- Verhoog de effectiviteit van materialen, verminder wikkelverlies en ijzerverlies
Volgens het gelijkvormigheidsprincipe van motoren, wanneer de elektromagnetische belasting ongewijzigd blijft en mechanisch verlies niet in aanmerking wordt genomen, is het verlies van de motor ongeveer evenredig met de derde macht van de lineaire grootte van de motor, en is het ingangsvermogen van de motor ongeveer evenredig met de vierde macht van de lineaire grootte. Hieruit kan de relatie tussen efficiëntie en effectief materiaalgebruik worden benaderd. Om een grotere ruimte te verkrijgen onder bepaalde installatiegrootteomstandigheden, zodat effectievere materialen kunnen worden geplaatst om de motorefficiëntie te verbeteren, wordt de buitendiameter van de statorpons een belangrijke factor. Binnen hetzelfde machinebasisbereik hebben Amerikaanse motoren een groter vermogen dan Europese motoren. Om warmteafvoer te vergemakkelijken en temperatuurstijging te verminderen, gebruiken Amerikaanse motoren over het algemeen statorponsen met grotere buitendiameters, terwijl Europese motoren over het algemeen statorponsen gebruiken met kleinere buitendiameters vanwege de noodzaak van structurele derivaten zoals explosieveilige motoren en om de hoeveelheid koper die aan het wikkeluiteinde wordt gebruikt en productiekosten te verminderen.
- Gebruik betere magnetische materialen en procesmaatregelen om ijzerverlies te verminderen
De magnetische eigenschappen (magnetische permeabiliteit en eenheidsijzerverlies) van het kernmateriaal hebben een grote invloed op de efficiëntie en andere prestaties van de motor. Tegelijkertijd vormen de kosten van het kernmateriaal het grootste deel van de kosten van de motor. Daarom is de selectie van geschikte magnetische materialen de sleutel tot het ontwerpen en produceren van motoren met een hoog rendement. Bij motoren met een hoog vermogen is ijzerverlies verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van het totale verlies, dus het verminderen van de eenheidsverlieswaarde van het kernmateriaal zal helpen het ijzerverlies van de motor te verminderen. Vanwege het ontwerp en de productie van de motor overschrijdt het ijzerverlies van de motor de waarde die is berekend op basis van de eenheidsijzerverlieswaarde die door de staalfabriek is verstrekt, dus de eenheidsijzerverlieswaarde wordt over het algemeen met 1,5~2 keer verhoogd tijdens het ontwerp om rekening te houden met de toename van het ijzerverlies.
De reden voor de toename van het ijzerverlies is voornamelijk omdat de eenheidswaarde van het ijzerverlies van de staalfabriek wordt verkregen door het testen van het stripmateriaalmonster volgens de Epstein-vierkantcirkelmethode, maar het materiaal wordt blootgesteld aan grote spanning na het ponsen, knippen en lamineren, en het verlies zal toenemen; bovendien leidt de luchtspleet die wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van de tandgleuf tot het harmonische magnetische veld van de tand, wat leidt tot verlies zonder belasting op het kernoppervlak, wat zal leiden tot een aanzienlijke toename van het ijzerverlies nadat de motor is vervaardigd. Daarom is het, naast het selecteren van magnetische materialen met een lager eenheidsijzerverlies, ook noodzakelijk om de lamineringsdruk te regelen en de nodige procesmaatregelen te nemen om het ijzerverlies te verminderen. Gezien de prijs- en procesfactoren worden hoogwaardige siliciumstaalplaten en siliciumstaalplaten dunner dan 0,5 mm niet veel gebruikt bij de productie van hoogrendementsmotoren. Laagkoolstof siliciumvrije elektrische staalplaten of laagsilicium koudgewalste siliciumstaalplaten worden over het algemeen gebruikt. Sommige fabrikanten van kleine Europese motoren hebben siliciumvrije elektrische staalplaten gebruikt met een eenheidsijzerverlieswaarde van 6,5 W/kg. De afgelopen jaren hebben staalfabrieken Polycor420 elektrische staalplaten gelanceerd met een gemiddeld eenheidsverlies van 4,0 W/kg, wat zelfs lager is dan sommige laagsilicium staalplaten. Het materiaal heeft ook een hogere magnetische permeabiliteit.
Japan heeft de afgelopen jaren een koudgewalst staalplaat met een laag siliciumgehalte ontwikkeld met een graad van 50RMA350. Er wordt een kleine hoeveelheid aluminium en zeldzame aardmetalen aan de samenstelling toegevoegd, waardoor een hogere magnetische permeabiliteit wordt behouden en verliezen worden verminderd. De eenheidswaarde van ijzerverlies is 3,12 W/kg. Al deze factoren zullen waarschijnlijk een betere materiële basis vormen voor de productie en promotie van hoogrendementsmotoren.
- Verklein de ventilator om ventilatieverlies te verminderen
Voor grotere 2- en 4-polige motoren is de windwrijving verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel. De windwrijving van een 90 kW 2-polige motor kan bijvoorbeeld ongeveer 30% van het totale verlies bedragen. Windwrijving bestaat voornamelijk uit het vermogen dat door de ventilator wordt verbruikt. Omdat het warmteverlies van hoogrendementsmotoren over het algemeen laag is, kan het koelluchtvolume worden verminderd en kan dus ook het ventilatievermogen worden verminderd. Het ventilatievermogen is ongeveer evenredig met de 4e tot 5e macht van de diameter van de ventilator. Als de temperatuurstijging wordt toegestaan, kan het verkleinen van de ventilatorgrootte de windwrijving effectief verminderen. Bovendien is het redelijke ontwerp van de ventilatiestructuur ook belangrijk voor het verbeteren van de ventilatie-efficiëntie en het verminderen van windwrijving. Tests hebben aangetoond dat de windwrijving van het 2-polige deel met hoog vermogen van een hoogrendementsmotor met ongeveer 30% kan worden verminderd in vergelijking met die van een gewone motor. Omdat het ventilatieverlies aanzienlijk wordt verminderd en er niet veel extra kosten aan verbonden zijn, is het aanpassen van het ventilatorontwerp vaak een van de belangrijkste maatregelen die voor dit onderdeel van hoogrendementsmotoren worden genomen.
- Verminder zwerfverliezen door ontwerp- en procesmaatregelen
De strooiverliezen van asynchrone motoren zijn voornamelijk hoogfrequente verliezen die worden gegenereerd door hogere-orde harmonischen van het magnetische veld in de stator- en rotorkernen en -wikkelingen. Om het strooiverlies van de belasting te verminderen, kan de amplitude van elke faseharmonische worden verminderd door een Y-Δ seriegeschakelde sinuswikkeling of een andere lage harmonische wikkeling te gebruiken, waardoor het strooiverlies wordt verminderd. Experimenten tonen aan dat het gebruik van sinuswikkeling het strooiverlies gemiddeld met meer dan 30% kan verminderen.
- Verbeter het spuitgietproces om rotorverlies te verminderen
Door de druk, temperatuur en het gasontladingspad te regelen tijdens het aluminiumgieten van de rotor, kan het gas in de rotorstaven worden verminderd, waardoor de geleidbaarheid wordt verbeterd en het verlies van aluminium in de rotor wordt verminderd. De Verenigde Staten hebben de afgelopen jaren met succes apparatuur voor het spuitgieten van koperrotoren en bijbehorende processen ontwikkeld en voeren momenteel kleinschalige proefproductie uit. Berekeningen tonen aan dat als een koperen rotor een aluminiumrotor vervangt, het verlies van de rotor met ongeveer 38% kan worden verminderd.
- Pas computeroptimalisatieontwerp toe om verliezen te verminderen en de efficiëntie te verbeteren
Naast het verhogen van materialen, het verbeteren van materiaaleigenschappen en het verbeteren van processen, wordt computeroptimalisatieontwerp gebruikt om redelijkerwijs verschillende parameters te bepalen onder de beperkingen van kosten en prestaties, waardoor de maximaal mogelijke verbetering in efficiëntie wordt bereikt. Het gebruik van geoptimaliseerd ontwerp kan de tijd van motorontwerp aanzienlijk verkorten en de kwaliteit van motorontwerp verbeteren.